Sais de háfnio na água: solubilidade, remoção e concentração

Os sais de háfnio comportam-se de formas diferentes na água. Alguns dissolvem-se, outros reagem com a água e outros são pouco solúveis. O nome do composto, por si só, não permite prever a concentração de háfnio dissolvido nem o tratamento necessário.

Para informações sobre a ocorrência e a química geral na água, consulte háfnio na água.

Compostos comuns de háfnio e o seu comportamento na água

A tabela abrange reagentes de háfnio disponíveis comercialmente e relevantes para a química em meio aquoso. Não os classifica por consumo. As especificações dos produtos descrevem materiais específicos; não estabelecem uma concentração de saturação universal para águas de processo.

Meios que contêm nitratos, sulfatos, cloretos e fluoretos também surgem em estudos da química do háfnio em solução. A presença de um anião na água não identifica um único sal dissolvido nem estabelece a solubilidade de um determinado hidrato sólido.

Porque é que a solubilidade depende da água

O háfnio ocorre geralmente no estado de oxidação +4. A hidrólise e a formação de complexos afetam a sua química em meio aquoso. Para interpretar uma medição de solubilidade, é necessário especificar a acidez, as concentrações de ligandos, a temperatura, o tempo de contacto e a fase sólida. Os dados relativos a uma solução ácida concentrada não devem ser diretamente aplicados a água neutra.

Uma solução límpida não prova que todo o háfnio esteja presente sob a forma de iões livres. Comunique separadamente o háfnio total e o háfnio dissolvido segundo o método operacional, indicando os métodos de filtração e análise. Os coloides podem atravessar um filtro, e uma alteração do pH durante a amostragem pode modificar a distribuição entre a fase líquida e os sólidos.

Remoção de háfnio da água

• Partículas e precipitados: a sedimentação e a filtração podem separar sólidos adequados. Os ensaios de precipitação devem medir o háfnio dissolvido residual e confirmar que os sólidos podem ser separados.
• Adsorção: estudos sobre óxido de titânio hidratado demonstram a sorção de háfnio a partir de soluções diluídas. São necessários ensaios com a água de alimentação real para determinar a capacidade, o tempo de contacto e os efeitos de substâncias concorrentes.
• Permuta iónica: a seleção da resina depende da especiação do háfnio e da composição da solução. Estudos sobre zircónio e háfnio em meios ácidos justificam testar resinas adequadas, mas a remoção de ambos os elementos não demonstra a sua separação.
• Membranas: avalie a retenção das espécies efetivamente presentes e a compatibilidade da membrana com a água de alimentação. A corrente retida continua a exigir gestão; não se pressupõe uma percentagem universal de rejeição do háfnio.

Utilize o desempenho medido para a água em questão. Acompanhe o háfnio na água tratada, nas lamas, nos meios usados, nas águas de lavagem e nas soluções de regeneração. A remoção transfere o háfnio para outra corrente; não destrói o elemento.

Concentração: mg/L expressos em Hf versus mg/L de composto

As concentrações expressas em háfnio elementar diferem das concentrações expressas em composto total. Para um composto puro que contenha um átomo de háfnio por unidade de fórmula:

mg/L expressos em Hf = mg/L de composto × 178,49 ÷ massa molar do composto.

Estas são quantidades teóricas de elemento, não valores de solubilidade nem instruções para preparar soluções. Corrija os valores em função do teor efetivamente determinado por análise e do estado de hidratação. Uma indicação de pureza relativa aos metais não corresponde necessariamente à pureza mássica do composto inteiro, sobretudo quando o zircónio está excluído da especificação. Um mmol/L de Hf elementar corresponde a aproximadamente 178,49 mg/L expressos em Hf, independentemente do reagente original.

Concentração e recuperação de háfnio

A captura seguida de eluição pode transferir o háfnio para um volume menor de líquido. A concentração depende da massa recuperada, bem como da redução do volume:

Concentração recuperada = concentração da água de alimentação × volume da água de alimentação × fração da massa recuperada ÷ volume recuperado.

Por exemplo, 1 000 L a 10 mg/L expressos em Hf contêm 10 g de háfnio. A recuperação de 90% dessa massa em 10 L resulta em 900 mg/L expressos em Hf, um fator de concentração de 90. Este é um exemplo de balanço de massa, não um resultado de tratamento garantido. Num cálculo real, inclua os volumes de lavagem e o material não recuperado.

Comunique separadamente a eficiência de remoção, a recuperação de massa e a pureza do produto. Concentrar o háfnio juntamente com o zircónio ou outros materiais dissolvidos não produz um produto de háfnio purificado.

Informações necessárias para avaliar o tratamento

Forneça o caudal, o pH, a temperatura, as concentrações de háfnio e zircónio totais e dissolvidos, os sólidos em suspensão, os principais iões e as substâncias complexantes. Defina o objetivo para a água tratada e o produto que se pretende recuperar. Teste o processo com água representativa e contabilize todas as correntes residuais.

Fontes

• Royal Society of Chemistry: háfnio.
• Thermo Scientific: cloreto de háfnio(IV).
• Thermo Scientific: oxicloreto de háfnio octa-hidratado.
• ProChem: ficha de dados de segurança do fluoreto de háfnio(IV).
• A química aquosa do háfnio (IV): estudos de extração por solventes e troca iônica.
• Sorção de háfnio em óxido de titânio hidratado pela técnica de radiotraçadores.
• Separação de zircônio e háfnio usando a resina de troca iônica quelante Diphonix.

Páginas relacionadas

• Háfnio
• Háfnio na água